三維仿真,或稱虛擬仿真。是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的一個(gè)逼真的,具有視、聽(tīng)、觸、味等多種感知的虛擬環(huán)境,用戶可以通過(guò)其自然技能使用各種傳感設(shè)備同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用的一種技術(shù)。
傳統(tǒng)的系統(tǒng)仿真技術(shù)很少研究人對(duì)感知模型的仿真,因而無(wú)法模擬人對(duì)外界環(huán)境的感知。隨著多媒體、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、傳感技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)模擬外界環(huán)境對(duì)人的感官刺激開(kāi)始成為可能。事實(shí)證明,人類對(duì)于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合,利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真模型的建立和實(shí)驗(yàn)的模擬,使仿真的過(guò)程和結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)圖象化、可視化,使仿真的系統(tǒng)具有了三維、實(shí)時(shí)交互、屬性提取等特征,極大地促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。
在工程結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用
當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊,荷載及材料特性復(fù)雜時(shí),人們往往求助于模型試驗(yàn)來(lái)測(cè)定其受力性能,但模型試驗(yàn)往往受到場(chǎng)地和設(shè)備的限制,只能做小比例模型試驗(yàn),難以完全反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),則可以進(jìn)行足尺寸的試驗(yàn),還可以很方便地修改參數(shù)。此外,有些結(jié)構(gòu)難于進(jìn)行直接試驗(yàn),用計(jì)算機(jī)模擬仿真就更能體現(xiàn)出優(yōu)越性。
在運(yùn)用傳統(tǒng)的有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí),結(jié)構(gòu)應(yīng)力的結(jié)果通常采用內(nèi)力圖等力線的形式描繪出來(lái);而利用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以通過(guò)顏色的深淺給出三維物體中各點(diǎn)力的大小,用不同顏色表示出不同的等力面;也可以任意變換角度,從任何點(diǎn)去觀察,這樣就使工程師的思維更加形象化,概念也更易于理解。
在模擬施工過(guò)程中的應(yīng)用
建筑施工是復(fù)雜而又大型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),它通常包括立模、架設(shè)鋼筋、澆注、振搗、拆模、養(yǎng)護(hù)等多道工序,而這些工序中涉及的因素繁多,其間關(guān)系復(fù)雜,直接影響著混凝土澆筑的進(jìn)程。現(xiàn)有的模擬只是對(duì)進(jìn)度計(jì)劃起到了一定作用,并沒(méi)有對(duì)施工過(guò)程起到真正的作用,而對(duì)施工過(guò)程建立合適的模型,才能通過(guò)仿真手段去發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工中存在的問(wèn)題或可能出現(xiàn)的問(wèn)題。另外,仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域內(nèi),還可應(yīng)用在建筑系統(tǒng)工程管理、建筑信息管理、建筑物及構(gòu)筑物的空氣流場(chǎng)、空氣品質(zhì)分析等方面。
在安全工程中的應(yīng)用
對(duì)于安全工程中的培訓(xùn)、指揮、產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)以及事故救災(zāi)指揮等方面都可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)真實(shí)再現(xiàn)客觀環(huán)境,已達(dá)到科學(xué)研究成果真實(shí)化再現(xiàn)。
在土木工程中的應(yīng)用
由于土木工程中常用比較抽象的圖形和精練的語(yǔ)言來(lái)描述復(fù)雜的場(chǎng)景,以傳遞大量的信息,但這種信息處理與傳遞方式受到信息接受者所從事的職業(yè)、知識(shí)結(jié)構(gòu)及理解能力的影響,交流起來(lái)非常困難,但三維仿真技術(shù)的發(fā)展為我們克服這些困難,提供了極其有效的手段。
在巖土工程中的應(yīng)用
巖土工程處于地下,往往難于直接觀察,而仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可把內(nèi)部過(guò)程展現(xiàn)出來(lái),以確定巖體本身的力學(xué)性能及巖體夾層界面的力學(xué)特性、強(qiáng)度條件,并存入計(jì)算機(jī)中,具有很大實(shí)用價(jià)值。
在防災(zāi)工程中的應(yīng)用
由于自然災(zāi)害的原型重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的,因而仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用就更有意義,其能針對(duì)抗災(zāi)、防災(zāi)進(jìn)行模擬仿真,這樣對(duì)防洪規(guī)劃以及遭遇洪水時(shí)指導(dǎo)人員疏散是很有作用的。又如在火災(zāi)方面,對(duì)森林火災(zāi)的蔓延、建筑物中火災(zāi)的傳播也起到了很好的指導(dǎo)作用。
在工程項(xiàng)目招標(biāo)投標(biāo)中的應(yīng)用
在有限的時(shí)間內(nèi),如何使業(yè)主和評(píng)標(biāo)的專家很好地了解招投標(biāo)文件的編制和被認(rèn)可的程度直接關(guān)系到承包商有沒(méi)有中標(biāo)的機(jī)會(huì)。尤其是大型工程、國(guó)家重點(diǎn)工程和國(guó)際工程的招標(biāo)投標(biāo),往往在項(xiàng)目企劃階段就已經(jīng)開(kāi)始這方面的運(yùn)作。借助虛擬仿真系統(tǒng),把不能預(yù)演的施工過(guò)程和方法表現(xiàn)出來(lái),不僅節(jié)省了時(shí)間和建設(shè)投資,而且不用項(xiàng)目經(jīng)理的現(xiàn)場(chǎng)答辯,方案的優(yōu)劣就一目了然。這無(wú)疑大大增加了承包商中標(biāo)的幾率。
三維仿真技術(shù)在建筑應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn):
1當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊、荷載及材料特性復(fù)雜時(shí),三維仿真技術(shù)可以進(jìn)行足尺寸的試驗(yàn),還可以很方便地修改參數(shù)。另外,利用三維仿真技術(shù)也可以通過(guò)顏色的深淺給出三維物體中各點(diǎn)力的大小,用不同顏色表示出不同的等力面;還可以任意變換角度。
2 可以把地下管線等用眼睛難以看到的東西,利用電腦模擬出來(lái),而且以三維動(dòng)畫的形式展示管線的長(zhǎng)度位置及施工流程,讓不形象的、眼睛看不到的東西能清晰地表現(xiàn)出來(lái)。
3 可以讓人們***地看到工程施工的內(nèi)部構(gòu)件,方便觀察者從內(nèi)部到外部直觀地看清施工進(jìn)度。
4 能針對(duì)自然災(zāi)害、抗災(zāi)、防災(zāi)等進(jìn)行模擬仿真,這樣對(duì)防洪規(guī)劃以及遭遇洪水時(shí)指導(dǎo)人員疏散是很有作用的。
5 可以模擬新技術(shù)、新材料、新工藝應(yīng)用后的效果。
6 能模擬施工全工程,能夠提前發(fā)現(xiàn)施工進(jìn)程中的相互鏈接以及管理中的質(zhì)量、安全等方面存在的隱患。管理人員可以采取有效的預(yù)防、加強(qiáng)措施,提高工程施工質(zhì)量和管理效果;施工虛擬仿真技術(shù)能實(shí)時(shí)、直觀地顯示施工全過(guò)程,這樣有助于操作人員全面了解作業(yè)過(guò)程,安全地完成施工任務(wù)。
目前三維仿真技術(shù)制作報(bào)價(jià)都在10-幾十萬(wàn)不等造價(jià),因?yàn)槊總€(gè)三維場(chǎng)景建模大小不一樣,導(dǎo)致人工開(kāi)發(fā)成本不一樣,不過(guò)目前對(duì)于相關(guān)3D技術(shù)比較成熟。